什么是流程设计工具包？

设计人员可以利用代工厂 的光子器件设计出各种各样的光子集成电路（PIC），这些器件在工艺设计套件中以技术和几何形式进行了呈现。 

PDK 可以比作一组构建模块，其中库中的每个光子器件都是一個独立的模块。设计人员可以利用这些模块构建多种类型的光子电路，以满足各种应用需求。当设计人员在其选定的材料平台上使用预定义且经过测试的光子器件时，通用技术有助于降低成本。

设计师也可以创建自己的构建块，但必须遵守代工厂 的制造规则，才能使用来自特定代工厂 的自定义组件。这些规则通常包括（但不限于）：

• 材料堆叠（层类型和厚度）
  
• 光学元件之间的最小距离（如波导之间的间隙）
• 蚀刻 的最大深度
• 金属化与电气探针（金属的布置方式、允许的金属层数）
• 特征尺寸（波导、孔洞、有源区域等的尺寸）

光子PDK支持电路和系统级仿真，这是PIC设计流程中的关键环节。仿真的准确性取决于代工厂 作为其工艺设计套件的一部分所提供的紧凑模型库（CML）的能力。代工厂 CML需要根据测量数据进行校准，并能够准确建模已制备的本征光子器件和电路的行为。

在光子学中，PDK中的基本构建模块包括波导、相移器、有源部分（半导体光放大器或SOA以及激光器）和旋转器（偏振器）。这些与电子学中的基本元件（即导线/电阻、电感器、电容器和晶体管）相似，如下图所示。

要对光子器件进行建模，需要考虑材料和光学特性。在器件层面，这些特性通常包括：

• 材料堆栈的折射率随波长的变化，由其实部和虚部表示（也称为光学性能）
• 预表征组分或经验证组分的数值 
• 用于预测性能的分析模型（当没有实际数据时）

光子器件的材料和光学特性可通过S矩阵作为基本构建模块来表示；S矩阵描述了器件各端口之间的信号传输，从器件层级到电路/布局层级，从而对PIC进行仿真。

这些构建模块以白盒和黑盒的形式表示。黑盒由 一个几何形状表示 ，通常是一个带有输入和输出端口的矩形，其中包含线性与非线性模型（或来自预表征元件的数值），这些模型代表了该元件的性能；之所以称为黑盒，是因为设计人员只能看到输入和输出端口，而晶圆制造商（代工厂 ）则掌握着该元件用于制造的相关信息。 当代工厂 在组装光掩模（将所有光子集成电路布局设计整合到晶圆上）以进行制造时，这些信息会被加载到白盒组件中。白盒和黑盒保护了代工厂的知识产权，因为其工艺流程（光掩模、层和材料）对设计者而言是不可见的。

芯片代工厂采用不同的材料平台，例如硅光子学、InP、LiNbO3、聚合物和玻璃。每个材料平台和代工厂 （迄今为止）都有其独特的工艺流程或制造工艺，这些工艺基于材料和光学特性，在物理层面上决定了PICs的性能。

在设计PIC时，需要将工艺设计套件（PDK）集成到设计流程中。 新思科技’Photonic Solutions产品组合中的OptSim既支持基于 PDK 的设计，也支持定制设计，并且支持最广泛的代工厂组合，提供多项目晶圆 (MPW) 流片服务。